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篇1

關(guān)鍵詞：數(shù)控刀具；數(shù)控機(jī)床；刀具系統(tǒng)；設(shè)計(jì)優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）07-

加強(qiáng)刀具選擇與優(yōu)化刀具系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將有助于降低企業(yè)刀具使用成本投入，更有利于提高數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)效率。本文將簡(jiǎn)要闡述加強(qiáng)數(shù)控刀具管理、促進(jìn)數(shù)控機(jī)床增效，并就數(shù)控機(jī)床，深入探討數(shù)控車(chē)刀選擇與優(yōu)化刀具系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 數(shù)控刀具的分類(lèi)

1.1 根據(jù)數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)分類(lèi)

就數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)而言，其可被簡(jiǎn)單劃分為整體式、鑲嵌式及減振式三大類(lèi)。就鑲嵌式數(shù)控刀具而言，其可被劃分為機(jī)夾式及焊接式兩類(lèi)。就機(jī)夾式數(shù)控刀具刀體結(jié)構(gòu)而言，其又可被劃分為不轉(zhuǎn)位及可轉(zhuǎn)位兩類(lèi)。減振式數(shù)控刀具的適用情況：若刀具工作臂長(zhǎng)，直徑的比值過(guò)大，則往往使用減振式數(shù)控刀具以減少刀具振動(dòng)，提高數(shù)控產(chǎn)品加工精度。

1.2 根據(jù)數(shù)控刀具制作材料分類(lèi)

就數(shù)控刀具制作材料而言，其可被簡(jiǎn)單劃分為高速鋼刀具及硬質(zhì)合金刀具、金剛石刀具三大類(lèi)。通常情況下，高速鋼屬型坯材料，相對(duì)于硬質(zhì)合金，高速鋼的韌性更好，而其耐磨性、硬度及紅硬性更差，因此高速鋼刀具不適合用于高速切削及高硬度材料切削。相對(duì)于高速鋼刀具及金剛石刀具，硬質(zhì)合金刀具的切削性能更高，其在數(shù)控車(chē)削領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。硬質(zhì)合金刀片已經(jīng)出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格系列產(chǎn)品，其具體切削性能及技術(shù)參數(shù)主要為其生產(chǎn)廠(chǎng)家提供。金剛石類(lèi)刀具在難加工、高強(qiáng)度、高硬度、有色金屬切削加工行業(yè)的應(yīng)用較為普遍。

1.3 根據(jù)切削工序分類(lèi)

就切削工序而言，數(shù)控車(chē)削刀具分為內(nèi)孔、外圓、內(nèi)螺紋、外螺紋及切槽、切端面環(huán)槽、切端面、切斷等。數(shù)控車(chē)床機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具一般屬標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具的刀體及刀片均屬標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，刀片材料以涂層硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金及高速鋼為主。數(shù)控車(chē)床機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具類(lèi)型以外圓刀具、內(nèi)圓刀具、外螺紋刀具、內(nèi)螺紋刀具、孔加工刀具（包括鏜刀、中心孔鉆頭、絲錐等）切斷刀具為主。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具加固不重磨刀片常用結(jié)構(gòu)有螺釘、杠銷(xiāo)、螺釘壓板、楔塊等。就切削方式而言，數(shù)控車(chē)床所用刀具可分為圓表面切削刀具、中心孔類(lèi)刀具、端面切削刀具。

2 數(shù)控加工刀具特點(diǎn)

2.1 刀具或刀片的經(jīng)濟(jì)壽命指標(biāo)及耐用度的合理性

現(xiàn)階段，數(shù)控加工刀具生產(chǎn)過(guò)程中，刀具質(zhì)量測(cè)量的依據(jù)為刀具耐用度。切削刀具批量生產(chǎn)時(shí)，各刀具工件材質(zhì)及材料間均或多或少地存在某些差異，原因是切削刀具生產(chǎn)將不可避免地受到某些客觀因素的影響，如刃磨質(zhì)量，所以，同一生產(chǎn)環(huán)境下生產(chǎn)的切削刀具，其耐用度也將不盡相同。就數(shù)控方面而言，刀具耐用度平均指標(biāo)及其可靠指標(biāo)Tp均應(yīng)具備齊全。通常情況下，刀具標(biāo)準(zhǔn)可靠度不宜低于0.9。

2.2 刀片或刀具方便切削控制

因數(shù)控機(jī)床的各設(shè)備均存在多個(gè)刀具，且切削量相當(dāng)大，則切削塑性金屬過(guò)程中，必須確保刀具未被切屑纏繞及工藝和工件裝備均應(yīng)控制其切削不隨意噴濺，以確保切削操作人員的安全及零件輸送與定位，且避免其影響到切削液噴注施工質(zhì)量，所以，在切削作業(yè)時(shí)做好使用振動(dòng)切削、斷屑?jí)K刀具等，以提高斷削效果。

2.3 刀片或刀具切削參數(shù)及幾何參數(shù)的典型化及規(guī)劃化

數(shù)控刀具的精度應(yīng)該得到切實(shí)的保證，數(shù)控刀具精度主要是指刀具形狀精度、刀柄及刀片對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸相對(duì)位置精度、刀柄及刀片拆裝及轉(zhuǎn)位重復(fù)精度。數(shù)控刀具切削部分幾何尺寸變化幅度應(yīng)該被控制在一定的范圍內(nèi)，不宜過(guò)大。此外，刀體刀片及刀桿反復(fù)裝卸精度的穩(wěn)定性應(yīng)該得到控制。

2.4 優(yōu)化刀柄及刀片自動(dòng)換刀及定位基準(zhǔn)系統(tǒng)

數(shù)控刀具更換的自動(dòng)化及快速性要求刀柄及刀片高度的規(guī)格化、通用化及系列化，且刀具應(yīng)該具備調(diào)整及控制尺寸的功能或自動(dòng)補(bǔ)償?shù)毒吣p的裝置，以加快刀具換刀調(diào)整速度。

3 刀具選擇

3.1 數(shù)控刀具型號(hào)

國(guó)內(nèi)外刀具廠(chǎng)商統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為ISO。若編號(hào)不同，其代表的刀具參數(shù)亦不同，則數(shù)控刀具選擇時(shí)，應(yīng)以其具體幾何參數(shù)為參考依據(jù)。

3.2 刀片形狀選擇

3.2.1 數(shù)控車(chē)刀片形狀主要由加工部位形狀所決定，且其也為刀具選擇的重要參考依據(jù)之一。數(shù)控車(chē)刀片形狀主要包括刀尖角、刀具主偏角、刀具有效刃數(shù)等，通常情況下，刀尖強(qiáng)度隨著刀尖角的增大而逐漸增強(qiáng)，若刀尖角小，其也不會(huì)對(duì)任何方面造成干涉。針對(duì)刀尖角小的刀具，其最佳使用范圍為復(fù)雜型面，即溝槽或下坡型面開(kāi)挖。表1列出了刀片形狀選擇所涉及的相關(guān)內(nèi)容：

3.2.2 刀片類(lèi)型。刀片類(lèi)型主要是指刀具是否存在中心孔或斷屑槽，選定刀體之后，可用刀片可適當(dāng)確定為一類(lèi)或幾類(lèi)。通常情況下，A、G、N等正反面均設(shè)置有刀刃的類(lèi)型更容易被選中，理由是這三類(lèi)刀片類(lèi)型有助于刀片利用率的提高。

3.2.3 刀尖半徑。刀尖圓弧半徑事關(guān)數(shù)控刀具切削效率、被加工工件精度及其表面粗糙度等。就刀尖最大進(jìn)給量與其圓弧半徑間的關(guān)系而言，最大進(jìn)給量應(yīng)該≤80%刀尖圓弧半徑，不然，其勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致刀具切削條件惡化或出現(xiàn)打刀及螺紋狀問(wèn)題。所以，在選擇刀具時(shí)，一定要確保刀具的刀尖圓弧半徑應(yīng)該≥1.25倍最大進(jìn)給量。

3.2.4 就小余量而言，若車(chē)削為小進(jìn)給量，則其刀尖圓弧半徑也應(yīng)該足夠小；若車(chē)削為大進(jìn)給量，則其刀尖圓弧半徑應(yīng)該足夠大。通常情況下，就精加工而言，刀具刀尖圓弧半徑被設(shè)定為0.2、0.4或0.8；就半精加工而言，刀具刀尖圓弧半徑被設(shè)定為0.4、0.8或1.2；就粗加工而言，刀具刀尖圓弧半徑被設(shè)定為0.8、1.2、1.6或2.4。

3.3 車(chē)刀類(lèi)型選擇

3.3.1 選擇刀具時(shí)，其要求刀具強(qiáng)度應(yīng)該達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，且嚴(yán)禁與工件間發(fā)生沖突。就刀具刀桿頭部形式而言，其應(yīng)該以直頭及主偏角為主要指標(biāo)。偏頭形式多樣，則在刀具使用過(guò)程中，應(yīng)該協(xié)調(diào)好刀片類(lèi)型與工件形狀間的關(guān)系。

3.3.2 選擇車(chē)刀類(lèi)型時(shí)，應(yīng)該以刀具主偏角為依據(jù)。通常情況下，若工件存在直角臺(tái)階，其刀桿主偏角應(yīng)該≥90°。就粗車(chē)而言，工件刀桿主偏角應(yīng)為45°～90°；就精車(chē)而言，工件刀桿主偏角應(yīng)為45°～75°。若工藝系統(tǒng)剛度足夠，則工件主偏角應(yīng)該足夠小；若工藝系統(tǒng)剛度較弱，則工件主偏角應(yīng)該足夠大。

3.3.3 選擇刀片卡緊方式。目前，刀具刀片卡緊方式主要分為C、D、M、P、S，具體選擇何種刀片卡緊方式應(yīng)以刀片形狀及切削強(qiáng)度為參考依據(jù)。

3.4 刀桿尺寸選擇

3.4.1 刀桿基本尺寸包括刀桿長(zhǎng)度及寬度、刀尖高度，就標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)尺寸內(nèi)，刀桿長(zhǎng)度、寬度及高度間均為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。刀桿尺寸應(yīng)該與機(jī)床匹配，且

刀尖高度應(yīng)該在刀夾及刀墊的協(xié)助下方能與機(jī)床匹配。

3.4.2 刀桿長(zhǎng)度確定依據(jù)應(yīng)為夾持懸伸量及長(zhǎng)度。就外圓刀桿而言，通常情況下，其懸伸量應(yīng)為1.5倍刀尖高度。此外，刀具加工部位位置及孔深應(yīng)由內(nèi)孔刀懸伸量為參考依據(jù)。

4 刀具系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

4.1 工位刀具系統(tǒng)

就工位刀具系統(tǒng)而言，應(yīng)該尤其關(guān)注機(jī)床與卡具、工件與刀具間的碰撞及干涉問(wèn)題，其主要表現(xiàn)為：

4.1.1 若刀具安裝方向?yàn)閺较?，其長(zhǎng)度如果過(guò)長(zhǎng)，則勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致機(jī)床內(nèi)壁與刀具于刀位轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)生碰撞現(xiàn)象。

4.1.2 若刀具處于鄰刀位位置，則其對(duì)工件的干涉將發(fā)生在大直徑帶小孔工件加工過(guò)程中，尤其是在孔加工刀具時(shí)，此種干涉現(xiàn)象尤其普遍。此外，刀具與卡具間相互干涉現(xiàn)象也易發(fā)生于小直徑內(nèi)孔加工過(guò)程中，若工件直徑較大，則加工部位與中心位置間的間距應(yīng)該足夠大。

4.1.3 刀具系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中，如果機(jī)床內(nèi)壁與刀具間相互干涉與否不能被準(zhǔn)確判定，則應(yīng)該合理繪制刀具干涉圖。因刀架工位數(shù)量較多，則刀夾相鄰角度會(huì)相應(yīng)變小，并最終致使無(wú)干涉區(qū)范圍縮小。若加工工件直徑較大，則其無(wú)干涉區(qū)應(yīng)該相應(yīng)擴(kuò)大，這樣便可有效改變裝刀位置及減小刀具長(zhǎng)度，例如盡量隔開(kāi)孔加工刀具等。

4.2 刀架最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

就刀架最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而言，若刀夾重量較大、鏜桿直徑加大及其長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則應(yīng)該精確計(jì)算出刀架轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以確保最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量被控制在允許值范圍內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控加工刀具可簡(jiǎn)單劃分為兩大類(lèi)，即模塊化刀具及常規(guī)刀具。模塊化刀具是數(shù)控加工刀具未來(lái)的發(fā)展方向，相對(duì)于常規(guī)刀具，模塊化刀具具備眾多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即換刀停機(jī)時(shí)間相對(duì)縮短，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)控生產(chǎn)加工效率的提高；換刀速度相對(duì)加快及刀具安裝時(shí)間大大縮短，從而實(shí)現(xiàn)了小批量數(shù)控產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的提高；刀具合理化及標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)更高；刀具管理水平及數(shù)控柔性加工水平等相對(duì)更高；刀具的利用率得到了擴(kuò)大，且刀具的性能實(shí)現(xiàn)了最大化發(fā)揮；刀具測(cè)量工作中斷現(xiàn)象被消除，從而實(shí)現(xiàn)了線(xiàn)外預(yù)調(diào)的目的。

綜上，刀具選擇及刀具系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，應(yīng)該綜合考慮刀具使用數(shù)量的減少、刀具使用成本的降低、工件產(chǎn)品加工質(zhì)量及效率的提高等，并基于分析的基礎(chǔ)上，選擇高層次刀具等。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞：曲面；數(shù)控加工；刀具位置軌跡；CAPP；人工智能

引言

“中國(guó)制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，整體制造業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力越來(lái)越大，企業(yè)既要控制生產(chǎn)成本和質(zhì)量，又要不斷優(yōu)化、創(chuàng)新制造工藝體系，力求擺脫“大而不強(qiáng)”的制造現(xiàn)狀。在汽車(chē)配件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶葉輪和模具型腔等復(fù)雜零件曲面的數(shù)控切削加工過(guò)程中，通常借助自動(dòng)編程CAM，模擬刀具接觸三維零件的參數(shù)模型，利用偏置曲線(xiàn)不斷修正得到的切削軌跡。但該軌跡的生成過(guò)分依賴(lài)模擬刀具接觸算法，不可避免地會(huì)造成CNC代碼錯(cuò)誤。因此，為確保數(shù)控切削復(fù)雜曲面的精度、效率和加工成本，可利用人工智能和CAPP優(yōu)化控制CAM刀具接觸計(jì)算過(guò)程，以獲得滿(mǎn)意的刀具切削軌跡和CNC加工代碼。

1改進(jìn)的曲面加工工藝

改進(jìn)的數(shù)控加工曲面工藝過(guò)程如圖1所示。工藝人員利用計(jì)算機(jī)和CAD獲取零件（曲面）的參數(shù)化模型，對(duì)模型進(jìn)行圖樣和工藝分析，確定行距和步長(zhǎng)，初步規(guī)劃刀具路徑，刀具與曲面接觸形成刀具接觸路徑，通過(guò)曲面及后置處理不斷修正刀具的位置路徑，通過(guò)CAM系統(tǒng)生成加工程序。改進(jìn)的刀具軌跡即在生成加工程序前，利用人工智能和CAPP優(yōu)化刀具位置路徑，借助線(xiàn)性、插補(bǔ)及經(jīng)驗(yàn)等優(yōu)化位置運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

2刀具軌跡控制算法

數(shù)控加工曲面的刀具軌跡算法有等參數(shù)軌跡法、截面線(xiàn)法、等殘余高度法、多面體法等，實(shí)際切削時(shí)需要同時(shí)考慮實(shí)際切削和輔助切削路徑[1-2]。2.1等參數(shù)軌跡規(guī)劃等參數(shù)軌跡規(guī)劃有參數(shù)篩選、等參數(shù)步長(zhǎng)、參數(shù)線(xiàn)等分及對(duì)分、局部等參數(shù)步長(zhǎng)等方法，多適用于網(wǎng)格較為規(guī)整的參數(shù)曲面加工。其原理是對(duì)規(guī)整的曲面沿參數(shù)線(xiàn)方向作Bezier曲線(xiàn)細(xì)分，獲取細(xì)分點(diǎn)后用作刀具與曲面的接觸點(diǎn)，以輔助形成刀具的接觸路徑F=F（u，v）。等參數(shù)軌跡規(guī)劃計(jì)算方法簡(jiǎn)單，執(zhí)行速度較快，但Bezier曲線(xiàn)細(xì)分不均勻時(shí)，獲取的刀具接觸路徑可靠性較低，容易產(chǎn)生重復(fù)的接觸路徑。2.2截面線(xiàn)軌跡規(guī)劃截面線(xiàn)軌跡規(guī)劃多采用球形刀加工，其加工軌跡沿截面切割零件（曲面）表面形成的一系列接觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。截面多選擇平面或回轉(zhuǎn)曲面，且回轉(zhuǎn)曲面的直母線(xiàn)要垂直于零件（曲面）表面。在直角坐標(biāo)中，若截面切割零件（曲面）表面滿(mǎn)足方程C（t）=S（U（t））=S（u（t）,v（t）），給定第k條截面線(xiàn)Uk（tk）時(shí)，與其平行的等間距Δm增量為Uk+1（tk+1）=（uk+Δuk，vk+Δvk），則給定u0和v0時(shí)，可獲得初始曲線(xiàn)：鄣S鄣uu0-uminvv+鄣S鄣vv0-vminvvvv•M=Δm2.3等殘余高度軌跡規(guī)劃等殘余高度軌跡規(guī)劃是通過(guò)控制殘余材料的高度分布來(lái)降低加工零件（曲面）誤差。當(dāng)改變刀具步距時(shí)，刀具沿零件（曲面）表面行進(jìn)的高度誤差一致，刀具間不會(huì)發(fā)生干涉和重疊。初始接觸路徑選擇零件（曲面）邊線(xiàn)為參考，每次生成的接觸路徑都基于前一次接觸軌跡的控制和在線(xiàn)計(jì)算。2.4多面體軌跡規(guī)劃多面體軌跡規(guī)劃主要適用于逆向工程，通過(guò)一系列切點(diǎn)擬合復(fù)雜的零件（曲面）模型。其基本原理是先通過(guò)離散化將零件模型分為有限個(gè)三角片，切削時(shí)，校驗(yàn)刀具與零件（曲面）表面每個(gè)三角片幾何條件間的干涉關(guān)系，根據(jù)刀具和三角片的干涉量修正刀具接觸路徑。若刀具球頭半徑和零件（曲面）允許加工誤差之和不超過(guò)刀具接觸點(diǎn)與球頭中心距，對(duì)應(yīng)的刀具與零件（曲面）表面接觸點(diǎn)不能被加工，需要換球頭半徑較小的刀具對(duì)該區(qū)域進(jìn)行加工。

3刀具軌跡生成及其優(yōu)化改進(jìn)

刀具位置軌跡的生成需要綜合考慮刀具的接觸路徑，分析刀具接觸軌跡和幾何性質(zhì)、零件（曲面）的曲率和局部幾何性質(zhì)，確定刀具與零件（曲面）間的運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)特征、刀具在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中局部坐標(biāo)變換和建立切削掃描零件（曲面）模型等。數(shù)控加工過(guò)程中，曲面造型多采用B樣條NURBS曲面的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法[3]：對(duì)刀具接觸軌跡形成的刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合公差運(yùn)算，確定NURBS曲面優(yōu)化步長(zhǎng)的收斂條件；設(shè)定初始控制刀位點(diǎn)數(shù)，由零件（曲線(xiàn)）在齊次坐標(biāo)系中的切矢計(jì)算刀位頂點(diǎn)；根據(jù)弧長(zhǎng)和弦長(zhǎng)之比計(jì)算節(jié)點(diǎn)矢量，考慮插值條件，計(jì)算刀具軌跡的控制頂點(diǎn)，并通過(guò)NURBS曲線(xiàn)逼近，減少初始控制刀位點(diǎn)數(shù)限制；若加權(quán)后刀位點(diǎn)偏差范數(shù)大于擬合精度，算法返回重新計(jì)算刀具軌跡的控制頂點(diǎn)，并進(jìn)一步逼近NURBS曲線(xiàn)，反之，利用NURBS曲線(xiàn)公式計(jì)算對(duì)應(yīng)刀位點(diǎn)序列，當(dāng)擬合精度滿(mǎn)足規(guī)定值范圍，輸出優(yōu)化后的刀位頂點(diǎn)。優(yōu)化改進(jìn)刀具軌跡考慮積累的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，由刀具接觸和位置軌跡CAPP作用于刀具接觸軌跡和位置軌跡的生成，如圖2所示。刀具接觸和位置軌跡CAPP基于專(zhuān)家推理和規(guī)則判斷，工藝人員通過(guò)編輯器編譯知識(shí)和專(zhuān)家決策規(guī)則，CAPP系統(tǒng)輸入為CAD生成的參數(shù)化模型、CAM生成的刀具接觸和位置路徑、數(shù)控加工代碼等，系統(tǒng)輸出為優(yōu)化處理后的刀具位置路徑和數(shù)控加工代碼。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)規(guī)則，并解析參數(shù)化模型、CAM生成的接觸軌跡和數(shù)控加工代碼，通過(guò)決策規(guī)則選取解析后數(shù)據(jù)特征參數(shù)，由專(zhuān)家系統(tǒng)（人工智能）推理后，輸出對(duì)應(yīng)的刀具運(yùn)行特征（運(yùn)動(dòng)特征線(xiàn)、局部變換坐標(biāo)和位置路徑），并將該類(lèi)運(yùn)動(dòng)特征反饋回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)與歷史經(jīng)驗(yàn)相比較，通過(guò)專(zhuān)家決策推導(dǎo)出最優(yōu)的位置路徑和數(shù)控加工代碼。基于等殘余高度、圖2所示的人工智能和專(zhuān)家推理，生成零件（曲面）的刀接觸和位置軌跡流程如圖3所示。等殘余高度規(guī)劃刀接觸路徑選擇最長(zhǎng)的邊界曲線(xiàn)為初始刀具路徑Si（i=1），人工智能和專(zhuān)家推理CAPP負(fù)責(zé)優(yōu)化推理切削帶參數(shù)Uk+1（uj，vj）和刀具坐標(biāo)，便于調(diào)整刀具位置和方向角。

4數(shù)控切削效果

球刀半徑20mm，誤差0.08mm，數(shù)控加工某一曲面零件，如圖4所示，實(shí)際加工能更好地?cái)M合刀具位置路徑控制，且應(yīng)用圖3的人工智能和專(zhuān)家推理優(yōu)化后加工誤差可控制在0.05mm以?xún)?nèi)，走刀干涉量小，加工效率高。5結(jié)語(yǔ)復(fù)雜曲面的數(shù)控加工一直是制約汽車(chē)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶葉輪、模具型腔等零配件精度、質(zhì)量和制造成本的關(guān)鍵。由于曲面實(shí)體結(jié)構(gòu)和參數(shù)化模型的復(fù)雜性，數(shù)控加工不能保證高度完備的切削成形，其中曲面加工工藝和刀具軌跡算法依賴(lài)的CAM系統(tǒng)往往存在干涉問(wèn)題而影響數(shù)控加工精度和效率。在此背景下，提出了基于人工智能和專(zhuān)家推理的刀具接觸和位置路徑CAPP系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)，輔助CAM推導(dǎo)最優(yōu)的刀具位置路徑和數(shù)控加工代碼，可控制曲面數(shù)控加工的效率、成本和尺寸精度。

［參考文獻(xiàn)］

[1]程耀楠，安碩，張悅，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜曲面零件數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃研究分析[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，18（5）：30-36.

[2]胡鵬，胡春燕，蔣念平.二維激光連續(xù)切割移動(dòng)材料路徑算法及約束[J].中國(guó)激光，2014，41（10）：113-118.

篇3

關(guān)鍵詞：加工成本；數(shù)控程序；反磨刀具

中圖分類(lèi)號(hào)：TG75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、選題背景

近年來(lái)，隨著在航空產(chǎn)品中所應(yīng)用的高精度、新材料、薄壁、異型零件的大幅增加。數(shù)控機(jī)床在航天制造行業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的普及和應(yīng)用。然而，數(shù)控加工刀具在研制這些新材料、高精度、異型、薄壁零件過(guò)程中起到了越來(lái)越重要的作用。

但當(dāng)我們研制的新產(chǎn)品進(jìn)行成批生產(chǎn)時(shí)，居高不下的刀具成本成為一道巨大的天然屏障，使我們降低生產(chǎn)成本的努力變得更加艱難。因?yàn)閿?shù)控刀具在產(chǎn)品制造成本中占有較大的比重，并且從未對(duì)數(shù)控刀具成本進(jìn)行系統(tǒng)性、定量性的計(jì)算和分析，也沒(méi)有采取有效措施來(lái)降低數(shù)控刀具在機(jī)械加工中的成本，于是如何在機(jī)械加工中合理使用數(shù)控刀具，降低數(shù)控刀具的使用成本就成為了一個(gè)極具競(jìng)爭(zhēng)力的企業(yè)首先要考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。

刀具的返磨重復(fù)利用，則是節(jié)省成具成本的一個(gè)重要的方法。本文將通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)例來(lái)說(shuō)明返磨刀具在數(shù)控加工中的應(yīng)用過(guò)程。

二、零件簡(jiǎn)圖與分析

1 零件簡(jiǎn)圖

零件選用日常機(jī)械加工過(guò)程中經(jīng)過(guò)用到的一種加工形式――銑槽加工。零件簡(jiǎn)圖如圖1所示。

2 零件分析

由零件簡(jiǎn)圖可以看出：

槽寬為W=12.7mm，

槽深T=（96.4-79.4）/2=8.5mm，

槽長(zhǎng)度L=80mm

槽深和槽寬尺寸公差較嚴(yán)，在數(shù)控加工中對(duì)刀具直徑的要求較高。刀具幾何尺寸的變化對(duì)零件的加工質(zhì)量存在著非常大的影響。當(dāng)加工到一定程度刀具發(fā)生磨損時(shí)，槽深尺寸79.4±0.05及槽位置尺寸39.7±0.025具有較大的不穩(wěn)定性。由于數(shù)控刀具價(jià)格比較昂貴，若有輕微磨損就廢棄淘汰，則會(huì)造成很大的浪費(fèi)，從而會(huì)增加大量的生產(chǎn)加工成本。

三、返磨刀具的使用過(guò)程

1 刀具磨損原理

刀具簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2 刀具幾何參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量的影響分析

由圖2可見(jiàn)，銑槽刀具共有3個(gè)重要幾何參數(shù)（刀柄直徑的偏差對(duì)加工質(zhì)量不產(chǎn)生直接的影響，在此不進(jìn)行討論）。分別為：刀長(zhǎng)L――為刀具的長(zhǎng)度方向的幾何參數(shù)，加工時(shí)可通過(guò)刀具長(zhǎng)度方向的補(bǔ)償來(lái)彌補(bǔ)其磨損量。刃長(zhǎng)FL――為保證槽寬的主要的刀具幾何參數(shù)，加工時(shí)一般磨損較小，對(duì)產(chǎn)品的影響較小。直徑D――為刀具的直徑參數(shù)，加工時(shí)一般比較容易發(fā)生磨損。若發(fā)生磨損或出現(xiàn)崩齒現(xiàn)象，則對(duì)零件的加工尺寸影響較大。

3 返磨刀具應(yīng)用的特點(diǎn)

當(dāng)數(shù)控加工過(guò)程中，刀具發(fā)生磨損或出現(xiàn)崩齒現(xiàn)象后，會(huì)對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的加工造成比較大的影響。當(dāng)?shù)毒咭詷O低的成本進(jìn)行返磨后，刀具直徑D會(huì)發(fā)生較大的變化，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)同一批刀具中，直徑D會(huì)偏差比較大的情況，這樣，使用同一個(gè)加工程序就無(wú)法保證一整批零件加工質(zhì)量的一致性。如此一來(lái)，就不得不編制一種數(shù)控加工程序，以適用于不同刀具直徑D。數(shù)控加工程序主要有兩種編制方法方法：使用輪廓編程：即程序中帶有刀具半徑補(bǔ)償?shù)囊环N編程方法。但輪廓編程在增加或取消刀補(bǔ)的過(guò)程中需要有一段大于刀具半徑的空走路徑。但在較多的時(shí)候，尤其是在刀具直徑較大的情況下，由于會(huì)發(fā)生干涉或運(yùn)動(dòng)空間不足，無(wú)法添加刀補(bǔ)。此種情況下，第二種編程方法，則可以彌補(bǔ)輪廓編程的不足。使用刀心編程，將刀具半徑數(shù)值定義成一個(gè)變量，應(yīng)用于程序中。這樣，即可以適用不同直徑的刀具，也可以兼顧空間局限性的影響。

4 數(shù)控程序的編制

以圖1所示零件及圖2所示刀具為例，可編制如下數(shù)控加工程序。

4.1 加工設(shè)備：奧地利產(chǎn) WFL-M35G 數(shù)控車(chē)銑鏜一體加工中心。編程系統(tǒng)：SIMENSE 840D 定制。

4.2 數(shù)控程序如下：

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)加工試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)刀心程序使用不同返磨直徑的銑加工刀具來(lái)加工同一種零件的功能，且很好的保證了產(chǎn)品的尺寸精度和位置精度。通過(guò)使用低廉成功的修磨刀具，節(jié)省了大量的加工成本，這種編程加工方法已經(jīng)在單位內(nèi)得到了大力有效的推廣。為使產(chǎn)品更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了有力的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

篇4

隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，綜合國(guó)力得到提升，我國(guó)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)也得到了一定程度的推動(dòng)，在數(shù)控銑床當(dāng)中刀具中心與切割工件無(wú)法有效結(jié)合。在實(shí)際的加工過(guò)程當(dāng)中，刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用能夠使得復(fù)雜的工作程序簡(jiǎn)化，促進(jìn)工作效率。本文針對(duì)數(shù)控銑床當(dāng)中的刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的分析，并針對(duì)相應(yīng)的問(wèn)題提出合理化建議。

前言

在數(shù)控銑床的操作過(guò)程中，由于工件與刀具之間存在一定的軌跡差異，這使得在編程過(guò)程中應(yīng)該注意刀心軌跡，增加了實(shí)際的編程難度。刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用在很大程度上緩解了編程難度，提升了工作效率。

1.刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠梅ê妥⒁獾膯?wèn)題

刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用，是數(shù)控銑床的一大變革，提升了數(shù)控銑床的工作效率，并且簡(jiǎn)化了手工編程的繁瑣程度，在一定的程度上創(chuàng)新了數(shù)控銑床的加工的模式。在實(shí)際的數(shù)控銑床操作過(guò)程中應(yīng)該注意編程的格式問(wèn)題和有關(guān)使用過(guò)程的注意事項(xiàng)。

1.1編程格式

數(shù)控銑床具有手工編程和自動(dòng)編程功能，每一個(gè)編程方式控制的效果都不相同，要根據(jù)相應(yīng)的銑削要求進(jìn)行編程格式的調(diào)整。其中數(shù)控銑床當(dāng)中的銑削刀具半徑補(bǔ)償分為左補(bǔ)償和右補(bǔ)償兩種模式，并且應(yīng)該根據(jù)要求代碼進(jìn)行工具的選擇。據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，道具中心沿著前進(jìn)的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，貼近零件的右邊輪廓稱(chēng)之為刀具半徑補(bǔ)償?shù)挠已a(bǔ)償，當(dāng)?shù)毒哐刂斑M(jìn)的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，貼近輪廓的左邊稱(chēng)之為刀具半徑補(bǔ)償?shù)淖笱a(bǔ)償。其中左補(bǔ)償用G41定義，右補(bǔ)償用G42定義，在不需要進(jìn)行半徑補(bǔ)償時(shí)用G40進(jìn)行取消補(bǔ)償工作。

1.2注意事項(xiàng)

1.2.1在刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，使用刀具補(bǔ)償應(yīng)該注意在之前刀具半徑補(bǔ)償取消的時(shí)候才能進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償?shù)牟僮鳌?/p>

1.2.2在進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中應(yīng)該注意在同一平面進(jìn)行補(bǔ)償操作。在相應(yīng)的補(bǔ)償平面應(yīng)該有相應(yīng)的控制。對(duì)零件進(jìn)行刀具補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，應(yīng)該以G17控制XY補(bǔ)償平面，以G18控制YZ補(bǔ)償平面，以G19控制Xz補(bǔ)償平面。通過(guò)相應(yīng)的指令進(jìn)行操控。

1.2.3在刀具補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，其中間必須具有一定的可活動(dòng)范圍。D是存放刀具補(bǔ)償數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器相應(yīng)地址，其可控存儲(chǔ)地址為D01-D99，所以對(duì)補(bǔ)償數(shù)值的存儲(chǔ)應(yīng)該從D01開(kāi)始進(jìn)行。刀具補(bǔ)償數(shù)值的大小需要人工進(jìn)行輸入，并且要輸入指定的存儲(chǔ)器當(dāng)中。D01中輸入0即表示使用D01號(hào)存儲(chǔ)器，補(bǔ)償數(shù)值就是0，以此來(lái)確保刀具補(bǔ)償半徑的正常運(yùn)行。

1.2.4在刀具半徑補(bǔ)償進(jìn)行操作的過(guò)程中，刀具半徑補(bǔ)償建立指令需要在G00和G01兩個(gè)指令當(dāng)中進(jìn)行，不能夠在其余G代碼指令中進(jìn)行（如G02、G03等），否則會(huì)影響刀具半徑補(bǔ)償?shù)恼＝ⅲ斐裳a(bǔ)償上出現(xiàn)問(wèn)題，影響數(shù)控銑床刀具補(bǔ)償功能發(fā)揮其效應(yīng)。

1.2.5在數(shù)控銑床的實(shí)際操作當(dāng)中，其主要補(bǔ)償編程指令由G40、G41、G42進(jìn)行系統(tǒng)的操作和控制。這三者之間的操控應(yīng)該重視操作的規(guī)范性，不能多個(gè)指令同時(shí)出現(xiàn)。由于數(shù)控銑床的系統(tǒng)中只能夠進(jìn)行兩組數(shù)值的預(yù)判，所以不能夠出現(xiàn)兩個(gè)z軸的同時(shí)出現(xiàn)。這樣的狀況會(huì)直接的影響工作流程和工作效率。

2.數(shù)控銑床刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

數(shù)控銑床刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用能夠有效的簡(jiǎn)化數(shù)控銑床的系統(tǒng)繁瑣程度，在實(shí)際的操作過(guò)程中，簡(jiǎn)化了工作流程，提升了工作效率。在數(shù)控銑床的操作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)多種情況。刀具半徑補(bǔ)償雖然是一項(xiàng)優(yōu)化并且先進(jìn)的技術(shù)，但是也要根據(jù)相應(yīng)環(huán)境進(jìn)行分析和研究，在適當(dāng)?shù)膱?chǎng)合進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償應(yīng)用。

2.1刀具的正常使用

在實(shí)際的操作過(guò)程中，刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用對(duì)于刀具的磨損會(huì)非常嚴(yán)重，這與刀具的正確使用和刀具本身的質(zhì)量有著重要的關(guān)系。在刀具磨損嚴(yán)重的情況之下，更換刀具的過(guò)程就顯得尤為重要。在刀具的更換過(guò)程不重視操作會(huì)導(dǎo)致刀具的直徑受到影響，打亂設(shè)定好的編程程序，所以這樣的方式應(yīng)該進(jìn)行規(guī)避。在原有的基礎(chǔ)之上進(jìn)行更換刀具，在系統(tǒng)之上輸入刀具的準(zhǔn)確參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，這樣就避免了刀具更換帶來(lái)的編程的變化，影響銑床的正常工作，影響工作效率。由此可見(jiàn)，在實(shí)際的操作過(guò)程中，刀具的正常使用和更換尤為重要。這就要求數(shù)控操作人員應(yīng)該進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償參數(shù)實(shí)際操作的掌握，理解刀具半徑補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)知識(shí)。只有這樣，才能夠順利的進(jìn)行數(shù)控銑床的使用和生產(chǎn)，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提升。

2.2增強(qiáng)刀具使用效率

刀具的使用具有一定的消耗，頻繁的更換刀具會(huì)造成一定程度的繁瑣和影響工作效率，在刀具的使用過(guò)程中應(yīng)該重視其使用效率。在數(shù)控銑床進(jìn)行加工的時(shí)候，人為地操作改變刀具半徑的補(bǔ)償值至關(guān)重要。在實(shí)際操作中，刀具磨損后，相應(yīng)操作人員可以通過(guò)變更半徑的方式進(jìn)行刀具的再次使用，在刀具相同的情況下達(dá)到精細(xì)加工的效果。刀具的效率能夠提升機(jī)床的工作效率，對(duì)于刀具半徑的調(diào)整，能夠減少編程程序的繁瑣程度。因此，操作人員對(duì)于數(shù)控銑床刀具半徑補(bǔ)償?shù)睦斫獬潭葘?duì)整個(gè)生產(chǎn)有著重要的影響，并確保了數(shù)控銑床工作的正常進(jìn)行。

2.3型面不同時(shí)的應(yīng)用

在實(shí)際的銑床操作中能夠遇到各種型面的加工物件。在加工過(guò)程中的刀具半徑補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用也十分重要。在實(shí)際的操作當(dāng)中可以根據(jù)指令達(dá)到一定要求，使用G42指令得到A軌跡運(yùn)動(dòng)，根據(jù)G41指令控制B軌跡。也就是說(shuō)明，A軌跡加工模型凸點(diǎn)，B軌跡加工模型凹點(diǎn)。根據(jù)下圖可以看見(jiàn)相應(yīng)的原理。

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關(guān)鍵詞：刀具；刀具材料及結(jié)構(gòu)；未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD404　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　文章編號(hào)：1672-3198(2009)12-0283-01

1　數(shù)控刀具的設(shè)計(jì)

目前工具制造商正在制造直徑為0.25英寸的此類(lèi)鉆頭。帶有0.5μm調(diào)整機(jī)構(gòu)的高速精密微調(diào)鏜刀系統(tǒng)也已進(jìn)入市場(chǎng)。對(duì)于高的金屬去除率的鈦金屬類(lèi)加工，新開(kāi)發(fā)的重切削立銑刀可安裝多達(dá)72個(gè)可轉(zhuǎn)位刀片。這種數(shù)控刀具在設(shè)計(jì)上通過(guò)各個(gè)刀片的搭接提供各種變化多樣的刀具螺旋角和軸向刃傾度。這種變化擾亂了切削加工時(shí)的共振，從而可以無(wú)共振地進(jìn)行深度的銑削加工。

2　數(shù)控刀具的的分類(lèi)

(1)根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)可分為：整體式；鑲嵌式：采用焊接或機(jī)夾式連接，機(jī)夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；特殊型式：如復(fù)合式刀具，減震式刀具等。

(2)根據(jù)制造刀具所用的材料可分為：高速鋼刀具；硬質(zhì)合金刀具；金剛石刀具；其他材料刀具，如立方氮化氮化硼刀具，陶瓷刀具等。

(3)從切削工藝上可分為：車(chē)削刀具，分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切斷、切槽刀具等多種；鉆削刀具，包括鉆頭、鉸刀、絲錐等；鏜削刀具；銑削刀具等。

3　數(shù)控刀具的特點(diǎn)

數(shù)控刀具與普通機(jī)床上用的刀具實(shí)際沒(méi)有多大區(qū)別，它們需具有以下特點(diǎn)：

(1)刀具的切削性能必須穩(wěn)定可靠高。

目前生產(chǎn)上通常用刀具耐用度來(lái)評(píng)定刀具的好壞。刀具耐用度愈大，表示刀具切削性能愈好。但是切削一批相同的零件，由于使用的刀具材料及工件材質(zhì)不可能完全相同，再加上刃磨質(zhì)量等一些不能完全嚴(yán)格控制的因素，所以即使在相同條件下，刀具耐用度仍隨機(jī)變動(dòng)。因此在數(shù)控上，除應(yīng)給出刀具耐用度的平均值指標(biāo)外，還應(yīng)給出刀具的可靠指標(biāo)Tp。它已成為選擇刀具的關(guān)鍵性指標(biāo)。通常是規(guī)定可靠度P≥0.9，即9％時(shí)刀具切削時(shí)間為T(mén)0.9。研究表明，當(dāng)耐用度的隨機(jī)變量接近于正態(tài)分布時(shí)，如以耐用度的平均值T作為標(biāo)準(zhǔn)，刀具的可靠性只有50％。

(2)可靠地?cái)嘈?、排屑?/p>

刀具必須能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇技辞邢骺刂啤?shù)控機(jī)床上每一工位設(shè)備上。裝置著許多刀具，切削量大，切屑多，因此，在切削塑性金屬時(shí)，必須控制切屑不纏繞在刀具，工件及工藝裝備上，控制切屑不飛濺，保證操作者安全，不影響切削液噴注，不影響零件的定位和輸送，不劃傷已加工表面，使切屑易于清理，為此，采用卷屑槽或斷屑?jí)K的刀具，或用間隙切削或振動(dòng)切削措施提高斷屑效果。

(3)應(yīng)具有高的精度。

刀具切削部分的幾何尺寸變化要小，刀體刀桿和刀片反復(fù)裝卸也應(yīng)能保持精度穩(wěn)定。

(4)快速更換及尺寸預(yù)調(diào)。

刀具應(yīng)能快速或自動(dòng)更換，并需有控制和調(diào)整尺寸的功能或具有刀具磨損的自動(dòng)補(bǔ)償裝置，以減少換刀調(diào)整的停機(jī)時(shí)間。

4　數(shù)控刀具的材料

(1)超硬材料領(lǐng)域。

金剛石(釬焊聚晶、單晶)各類(lèi)刀具已迅速應(yīng)用于高硬度、高強(qiáng)度、難加工及有色金屬切削加工行業(yè)中。表面改性涂層材料主要有：TiN、TiCN、TiALN、等，將上述涂層材料用于各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片的表面改性涂層處理，滿(mǎn)足高速、高壽命切削加工高強(qiáng)度、高硬度等材質(zhì)工件的生產(chǎn)技術(shù)不同要求。

(2)硬質(zhì)合金材料領(lǐng)城。

硬質(zhì)合金基體材料為適應(yīng)各種表面改性涂層材料的涂覆工藝技術(shù)要求添加各種微量元素，滿(mǎn)足于各種機(jī)加3232藝技術(shù)對(duì)可轉(zhuǎn)位刀片切削性能的要求而發(fā)展的；

(3)冶金高速鋼材料領(lǐng)城

以改進(jìn)制粉、熱壓工藝、添加微量元素創(chuàng)新的粉末冶金高速鋼材料，制成各種成形拉刀、高速滾刀、絲錐、波紋刃立銑刀等刀具，大量應(yīng)用于轎車(chē)、摩托車(chē)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)等制造行業(yè)，加工高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵合金等合金材料工件。根據(jù)切削加工技術(shù)不同的要求，其表面分別配涂TiN、TiCN等涂層材料，滿(mǎn)足高速、高效、硬質(zhì)精密機(jī)加工技術(shù)要求。

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關(guān)鍵詞： 數(shù)控車(chē)床 刀具補(bǔ)償 原理和應(yīng)用 誤差

1.引言

數(shù)控車(chē)床在改變加工對(duì)象時(shí)，除了重新裝卡零件和更換刀具外，只需更換零件加工程序即可加工出所要求的零件，而不需要對(duì)車(chē)床進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整，具有很高的工藝適應(yīng)性及靈活性。刀具補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)是十分重要，它不僅對(duì)被加工零件的質(zhì)量影響巨大，而且可以決定著機(jī)床功效的發(fā)揮和安全生產(chǎn)的順利進(jìn)行。所以無(wú)論是手工編程或計(jì)算機(jī)輔助編程，在編制加工程序時(shí)，選擇合理的確定刀具補(bǔ)償，是提高加工質(zhì)量和加工效率的前提。

2.刀具補(bǔ)償?shù)囊饬x和類(lèi)型

刀具補(bǔ)償功能是用來(lái)補(bǔ)償?shù)毒邔?shí)際安裝位置（或?qū)嶋H刀尖圓弧半徑）與理論編程位置（或刀尖圓弧半徑）之差的一種功能。使用刀具補(bǔ)償功能后，改變刀具，只需要改變刀具位置補(bǔ)償值，而不必變更零件加工程序。刀具補(bǔ)償分為刀具位置補(bǔ)償（即刀具偏移補(bǔ)償）和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償兩種功能。

3.刀具位置補(bǔ)償

3.1刀具位置補(bǔ)償值定義

工件坐標(biāo)系設(shè)定是以刀具基準(zhǔn)點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)基準(zhǔn)點(diǎn)）為依據(jù)的，零件加工程序中的指令值是刀位點(diǎn)（刀尖）的位置值。刀位點(diǎn)到基準(zhǔn)點(diǎn)的矢量，即刀具位置補(bǔ)償值。

3.2刀具位置補(bǔ)償基準(zhǔn)

3.2.1刀具位置補(bǔ)償基準(zhǔn)設(shè)定

當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)返回參考點(diǎn)操作后，刀架位于參考點(diǎn)上，此時(shí)刀具基準(zhǔn)點(diǎn)與參考點(diǎn)重合。刀具基準(zhǔn)點(diǎn)在刀架上的位置，由操作者設(shè)定。一般可以設(shè)在刀夾更換基準(zhǔn)位置或基準(zhǔn)刀具刀位點(diǎn)上。有的機(jī)床刀架上由于沒(méi)有自動(dòng)更換刀夾裝置，此時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)可以設(shè)在刀架邊緣上；也有用第一把刀作為基準(zhǔn)刀具，此時(shí)基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在第一把刀具的刀位點(diǎn)上，如圖2-2-1所示。

圖2-2-1

3.2.2刀具位置補(bǔ)償方式

分為絕對(duì)補(bǔ)償和相對(duì)補(bǔ)償兩種方式。

1）絕對(duì)補(bǔ)償

當(dāng)機(jī)床回到機(jī)床零點(diǎn)時(shí)，工件坐標(biāo)系零點(diǎn)，相對(duì)于刀架工作位上各刀刀尖位置的有向距離。當(dāng)執(zhí)行刀偏補(bǔ)償時(shí)，各刀以此值設(shè)定各自的加工坐標(biāo)系。如圖所示。補(bǔ)償量可用機(jī)外對(duì)刀儀測(cè)量或試切對(duì)刀方式得到。

2）相對(duì)補(bǔ)償

在對(duì)刀時(shí)，確定一把刀為標(biāo)準(zhǔn)刀具，并以其刀尖位置A為依據(jù)建立工件坐標(biāo)系。這樣，當(dāng)其他各刀轉(zhuǎn)到加工位置時(shí)，刀尖位置B相對(duì)標(biāo)刀刀尖位置A就會(huì)出現(xiàn)偏置，原來(lái)建立的坐標(biāo)系就不再適用，因此應(yīng)對(duì)非標(biāo)刀具相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)刀具之間的偏置值Δx、Δz進(jìn)行補(bǔ)償，使刀尖位置B移至位置A。標(biāo)準(zhǔn)刀具偏置值為機(jī)床回到機(jī)床零點(diǎn)時(shí)，工件坐標(biāo)系零點(diǎn)相對(duì)于工作位上標(biāo)準(zhǔn)刀具刀尖位置的有向距離。

3.2.3刀具位置補(bǔ)償類(lèi)型

刀具位置補(bǔ)償可分為刀具幾何形狀補(bǔ)償（G）和刀具磨損補(bǔ)償（W）兩種，需分別加以設(shè)定。刀具幾何形狀補(bǔ)償實(shí)際上包括刀具形狀幾何偏移補(bǔ)償和刀具安裝位置幾何偏移補(bǔ)償，而刀具磨損偏移補(bǔ)償用于補(bǔ)償?shù)都饽p。

3.2.4刀具位置補(bǔ)償代碼

刀具位置補(bǔ)償功能是由程序段中的T代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。T代碼后的4位數(shù)碼中，前兩位為刀具號(hào)，后兩位為刀具補(bǔ)償號(hào)。刀具補(bǔ)償號(hào)實(shí)際上是刀具補(bǔ)償寄存器的地址號(hào)，該寄存器中放有刀具的幾何偏置量和磨損偏置量（X軸偏置和Z軸偏置）。刀具偏移號(hào)有兩種意義，既用來(lái)開(kāi)始偏移功能，又指定與該號(hào)對(duì)應(yīng)的偏移距離。當(dāng)?shù)毒哐a(bǔ)償號(hào)為00時(shí)，表示不進(jìn)行刀具補(bǔ)償或取消刀具補(bǔ)償。

4.刀尖圓弧半徑補(bǔ)償

4.1理想刀具和實(shí)際刀具

理想刀具是具有理想刀尖A的刀具。但實(shí)際使用的刀具，在切削加工中，為了提高刀尖強(qiáng)度，降低加工表面粗糙度，通常在車(chē)刀刀尖處制有一圓弧過(guò)渡刃；一般的不重磨刀片刀尖處均呈圓弧過(guò)渡，且有一定的半徑值；即使是專(zhuān)門(mén)刃磨的“尖刀”，其實(shí)際狀態(tài)還是有一定的圓弧倒角，不可能絕對(duì)是尖角。因此，實(shí)際上真正的刀尖是不存在的，這里所說(shuō)的刀尖只是一“假想刀尖”。

4.2刀具半徑補(bǔ)償意義

數(shù)控程序是針對(duì)刀具上的某一點(diǎn)即刀位點(diǎn)，按工件輪廓尺寸編制的。車(chē)刀的刀位點(diǎn)一般為理想狀態(tài)下的假想刀尖點(diǎn)或刀尖圓弧圓心點(diǎn)。但實(shí)際加工中的車(chē)刀，由于工藝或其他要求，刀尖往往不是一理想點(diǎn)，而是一段圓弧。當(dāng)加工與坐標(biāo)軸平行的圓柱面和端面輪廓時(shí)，刀尖圓弧并不影響其尺寸和形狀，但當(dāng)加工錐面、圓弧等非坐標(biāo)方向輪廓時(shí)，由于刀具切削點(diǎn)在刀尖圓弧上變動(dòng)，刀尖圓弧將引起尺寸和形狀誤差，造成少切或多切。這種由于刀尖不是一理想點(diǎn)而是一段圓弧，造成的加工誤差，可用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償功能來(lái)消除。如圖3-2-1所示。

圖3-2-1

4.3刀具半徑補(bǔ)償類(lèi)型

（1）刀具半徑左補(bǔ)償。從垂直于加工平面坐標(biāo)軸的正方向朝負(fù)方向看過(guò)去，沿著刀具運(yùn)動(dòng)方向（假設(shè)工件不動(dòng)）看，刀具位于工件左側(cè)的補(bǔ)償為刀具半徑左補(bǔ)償。用G41指令表示。

（2）刀具半徑右補(bǔ)償。從垂直于加工平面坐標(biāo)軸的正方向向負(fù)方向看過(guò)去，沿著刀具運(yùn)動(dòng)方向（假設(shè)工件不動(dòng)）看，刀具位于工件右側(cè)的補(bǔ)償為刀具半徑右補(bǔ)償。用G42指令表示。

4.4刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行過(guò)程

（1）刀具半徑補(bǔ)償?shù)慕?。刀具補(bǔ)償?shù)慕⑹沟毒咧行膹呐c編程軌跡重合過(guò)渡到與編程軌跡偏離一個(gè)刀尖圓弧半徑。刀補(bǔ)程序段內(nèi)必須有GOO或G01功能才有效，偏移量補(bǔ)償必須在一個(gè)程序段的執(zhí)行過(guò)程中完成，并且不能省略。

（2）刀具半徑補(bǔ)償?shù)膱?zhí)行。執(zhí)行含G41、G42指令的程序段后，刀具中心始終與編程軌跡相距一個(gè)偏移量。G41、G42指令不能重復(fù)規(guī)定使用，即在前面使用了G41或G42指令之后，不能再直接使用G42或G41指令。若想使用，則必須先用G40指令解除原補(bǔ)償狀態(tài)后，再使用G42或G41，否則補(bǔ)償就不正常了。

（3）刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜∠?。在G41、G42程序后面，加入G40程序段即是刀具半徑補(bǔ)償?shù)娜∠?。如圖表示取消刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程。刀具半徑補(bǔ)償取消G40程序段執(zhí)行前，刀尖圓弧中心停留在前一程序段終點(diǎn)的垂直位置上，G40程序段是刀具由終點(diǎn)退出的動(dòng)作。數(shù)控車(chē)床采用刀尖圓弧半徑補(bǔ)償進(jìn)行加工時(shí)，如果刀具的刀尖形狀和切削時(shí)所處的位置不同，刀具的補(bǔ)償量與補(bǔ)償方向也不同。因此假想刀尖的方位必須同偏置值一起提前設(shè)定。車(chē)刀假想刀尖的方向是從刀尖R中心看理論刀尖的方向，由刀具切削時(shí)的方向決定。系統(tǒng)用T表示假想刀尖的方向號(hào)，假想刀尖的方向與T代碼之間的關(guān)系。

5.結(jié)語(yǔ)

刀具補(bǔ)償功能的作用主要在于簡(jiǎn)化程序，即按零件的輪廓尺寸編程。在加工前，操作者測(cè)量實(shí)際的刀具長(zhǎng)度、半徑和確定補(bǔ)償正負(fù)號(hào)，作為刀具補(bǔ)償參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，使得由于換刀或刀具磨損帶來(lái)刀具尺寸參數(shù)變化時(shí)，雖照用原程序，卻仍能加工出合乎尺寸要求的零件。此外，刀具補(bǔ)償功能還可以滿(mǎn)足編程和加工工藝的一些特殊要求。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：刀具；切削參數(shù)；主軸轉(zhuǎn)速；進(jìn)給速度；吃刀量

0引言

數(shù)控加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)，其中數(shù)控銑削是復(fù)雜零件的主要加工方法。數(shù)控設(shè)備為精密復(fù)雜零件的加工提供了基本條件，但要達(dá)到預(yù)期的加工效果，編制高質(zhì)量的數(shù)控程序是必不可少的。這是因?yàn)閿?shù)控加工程序不僅包括零件的工藝過(guò)程，而且還包括刀具的形狀和尺寸、切削用量、走刀路徑等工藝信息。對(duì)于復(fù)雜的曲面零件，往往需要借助于軟件編制加工程序，如Pro/E、UG等。編制加工程序時(shí)，選擇合理的刀具及切削參數(shù)，是編制高質(zhì)量加工程序的前提。

1刀具的選擇

在數(shù)控銑削加工中，刀具的選擇直接影響著零件的加工質(zhì)量、加工效率和加工成本，因此正確選擇刀具有著十分重要的意義。在數(shù)控曲面銑削加工中，常用的刀具有平端立銑刀、圓鼻立銑刀、球頭刀和錐度銑刀等，在形狀復(fù)雜的型腔加工時(shí)刀具的選擇應(yīng)遵循以下原則：

1.1根據(jù)被加工型面形狀型面曲率的大小選擇刀具類(lèi)型

對(duì)于凹形表面，在半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)選擇球頭刀，以得到好的表面質(zhì)量，但在粗加工時(shí)宜選擇平端立銑刀或圓鼻立銑刀，這是因?yàn)榍蝾^刀切削條件較差；對(duì)凸形表面，粗加工時(shí)一般選擇平端立銑刀或圓鼻立銑刀，但在精加工時(shí)宜選擇圓鼻立銑刀，這是因?yàn)閳A角銑刀的幾何條件比平端立銑刀好。在精加工時(shí)，所用最小刀具的半徑應(yīng)小于或等于被加工零件上的內(nèi)輪廓圓角半徑，尤其是在拐角加工時(shí)，應(yīng)選用半徑小于拐角處圓角半徑的刀具并以圓弧插補(bǔ)的方式進(jìn)行加工，這樣可以避免采用直線(xiàn)插補(bǔ)而出現(xiàn)過(guò)切現(xiàn)象。

1.2根據(jù)從大到小的原則選擇刀具

復(fù)雜零件一般包含有多個(gè)類(lèi)型的曲面，因此在加工時(shí)一般不能選擇一把刀具完成整個(gè)零件的加工。無(wú)論是粗加工還是精加工，應(yīng)盡可能選擇大直徑的刀具，因?yàn)榈毒咧睆皆叫?，加工路徑越長(zhǎng)，造成加工效率降低，同時(shí)刀具的磨損會(huì)造成加工質(zhì)量的明顯差異。

1.3粗加工時(shí)盡可能選擇圓角銑刀

一方面圓鼻銑刀在切削中可以在刀刃與工件接觸的0～90°范圍內(nèi)給出比較連續(xù)的切削力變化，這不僅對(duì)加工質(zhì)量有利，而且會(huì)使刀具壽命大大延長(zhǎng)；另一方面，在粗加工時(shí)選用圓鼻銑刀，與球頭刀相比具有良好的切削條件，與平端立銑刀相比可以留下較為均勻的精加工余量，這對(duì)后續(xù)加工是十分有利的。

2切削參數(shù)的控制

切削參數(shù)的選擇對(duì)加工質(zhì)量、加工效率以及刀具耐用度有著直接的影響。在CAM軟件中與切削相關(guān)的參數(shù)主要有主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率、刀具切入時(shí)的進(jìn)給速率、步距寬度和切削深度等。/ q； J&

2.1主軸轉(zhuǎn)速

主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來(lái)計(jì)算，其計(jì)算公式為：n = 1 0 0 0 V c /πd，式中d為刀具直徑（mm），Vc為切削速度（m/min）。切削速度的選擇與刀具的耐用度密切相關(guān)，當(dāng)工件材料、刀具材料和結(jié)構(gòu)確定后，切削速度就成為影響刀具耐用度的最主要因素，過(guò)低或過(guò)高的切削速度都會(huì)使刀具耐用度急劇下降。在模具加工，尤其是模具的精加工時(shí)，應(yīng)盡量避免中途換刀，以得到較高的加工質(zhì)量，因此應(yīng)結(jié)合刀具耐用度認(rèn)真選擇切削速度。

2.2進(jìn)給速度與刀具切入進(jìn)給速度

進(jìn)給速度的選擇直接影響著零件的加工精度和表面粗糙度，其計(jì)算公式為F=nzf，式中n為主軸轉(zhuǎn)速（r/min），z為銑刀齒數(shù)，f為每齒進(jìn)給量（mm/齒）。每齒進(jìn)給量的選取取決于工件材料的力學(xué)性能、刀具材料和銑刀結(jié)構(gòu)。工件的硬度和強(qiáng)度越高，每齒進(jìn)給量越??；硬質(zhì)合金銑刀比同類(lèi)高速鋼銑刀每齒進(jìn)給量要高；當(dāng)加工精度和表面粗糙度要求較高時(shí)，應(yīng)選擇較低的進(jìn)給量；刀具切入進(jìn)給速度應(yīng)小于切削進(jìn)給速度。

2.3吃刀量及步距寬度

在曲面數(shù)控加工中，由于曲面曲率半徑的影響，一定要和平面銑削加工區(qū)分開(kāi)。對(duì)方料毛坯進(jìn)行粗加工多采用分層切削的方法，每層環(huán)形走刀或平行走刀，層間螺旋下刀。切削層間下刀的角度取值一般小于15°，深度取刀直徑的5-10%為宜，每層的步距根據(jù)模具材料不同一般不大于刀具直徑的70%。盡量做到"少拉快跑，活好刀好"，即取較小的切削量、較快的進(jìn)給速度，保證了工件的加工質(zhì)量和效益，保護(hù)了刀具。對(duì)于復(fù)雜的型腔，可以采用大、小幾把刀具分別開(kāi)粗，把上一道工序加工完的幾何體作為下一道工序的毛坯來(lái)使用，以提高加工效率和連續(xù)進(jìn)刀率。

3結(jié)論

總之，零件數(shù)控編程具有很大的靈活性，只有正確理解以上工藝參數(shù)，在實(shí)踐中不斷進(jìn)行總結(jié)，才能編制出高質(zhì)量的加工程序，加工出高質(zhì)量的零件。

參考文獻(xiàn)

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【關(guān)鍵詞】數(shù)控銑床；刀具；切削用量

【中圖分類(lèi)號(hào)】TG547

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1672—5158（2012）10-0170-01

1　前言

隨著我國(guó)機(jī)械加工的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的使用日益增多，為了保證數(shù)控機(jī)床能正常運(yùn)行，只有配置了與數(shù)控機(jī)床性能相適應(yīng)的刀具和切削用量，才能使其性能得到充分的發(fā)揮。尤其是CAD／CAM的發(fā)展，使得加工刀具和切削用量發(fā)展成為了編程人員在人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行選擇的模式，最后通過(guò)編程軟件自動(dòng)生成加工代碼，這就要求編程人員必須懂得刀具選擇和切削用量確定的方法和原則。

2　數(shù)控銑削刀具的選擇

數(shù)控銑削加工的刀具按銑刀形狀可分為：平刀、球刀、牛鼻刀、異形刀等；按銑刀用途可分為：立銑刀、端銑刀、鍵槽銑刀等；按銑刀材料可分為：高速鋼銑刀、硬質(zhì)合金銑刀、金剛石銑刀、立方氮化硼銑刀、陶瓷銑刀等。編程人員應(yīng)該根據(jù)數(shù)控銑床的加工能力、工件的材料性能、幾何形狀、表面品質(zhì)要求、熱處理狀態(tài)、加工工序、切削用量、加工余量等，選擇剛性好，耐用度高的刀具。選擇刀具的一般原則是：盡量采用硬質(zhì)合金或高性能材料制成的刀具；盡量采用機(jī)夾或可轉(zhuǎn)位式刀具；盡量采用高效刀具。其中被加工零件的幾何形狀是選擇刀具類(lèi)型的主要依據(jù)。

1　加工曲面類(lèi)零件時(shí)，為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點(diǎn)相切，避免刀刃與工件輪廓發(fā)生干涉，一般采用球頭刀，粗加工用兩刃銑刀，半精加工和精加工用四刃銑刀，如圖1所示。

2　銑較大平面時(shí)，為了提高生產(chǎn)效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片鑲嵌式盤(pán)形銑刀，如圖2所示。

3　銑小平面或臺(tái)階面時(shí)一般采用通用銑刀。

4　銑鍵槽時(shí)，為了保證槽的尺寸精度、一般用兩刃鍵槽銑刀。

3　數(shù)控銑削加工切削用量的確定

切削用量由切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量三要素組成。在切削加工中，切削用量將直接影響加工工件的品質(zhì)、刀具的磨損限度、機(jī)床的功率、生產(chǎn)率、加工成本等。因此切削用量的選擇顯得特別重要。

合理選擇切削用量的原則是：粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工品質(zhì)的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。

a　背吃月量ap印的選擇：應(yīng)該根據(jù)機(jī)床和刀具的剛度、加工余量多少而定。除留給下道工序的余量外，其余的粗銑余量盡可能一次切除，以使走刀次數(shù)最。提高生產(chǎn)效率；當(dāng)粗銑余量太大或工藝系統(tǒng)剛性較差時(shí)，則其加工余量應(yīng)分兩次或數(shù)次走刀后切除。當(dāng)切削表層有硬皮的鑄鍛件或切削不銹鋼等加工硬化嚴(yán)重的材料時(shí)，應(yīng)盡最使背吃刀量超過(guò)硬出或磚硬層厚度，以防刀尖過(guò)早磨損。一般立銑刀粗銑時(shí)，背吃刀量以不超過(guò)銑刀半徑為原則，但一般不超過(guò)7mm；半精銑時(shí)，背吃月量取為O.5-1mm；精銑時(shí)，背吃月量取為0.05～0.3mm。端銑刀粗銑時(shí)，背吃刀量一般為2-5mm；精銑時(shí)，背吃刀量取為0.1～0.5mm。

b　進(jìn)給量F的選擇：進(jìn)給量是數(shù)控銑床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙要求、以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給量受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制。當(dāng)工件的品質(zhì)要求能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給量。一般在100-200mm／min范圍內(nèi)選取。當(dāng)加工精度和表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給量應(yīng)選小些，一般在20-50mm／min范圍內(nèi)選取。生產(chǎn)實(shí)際中多采用查表法、經(jīng)驗(yàn)法確定合理的進(jìn)給量。半精加工和精加工時(shí)，則按加工表面粗糙度要求，根據(jù)工件材料，切削速度來(lái)選擇進(jìn)給量。

c　切削建度Vel的選擇：銑削中主軸轉(zhuǎn)速的確定就是通過(guò)確定切削速度來(lái)得到的。生產(chǎn)中經(jīng)常根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)手冊(cè)資料選取切削速度，然后算出主軸轉(zhuǎn)速。選擇切削速度的一般原則是：粗銑時(shí)，ap和f較大，故選擇較低的V；精銑時(shí)，ap和f較小，故選擇較高的Ve。工件材料強(qiáng)度、硬度高時(shí)，應(yīng)選較低的Ve。刀具材料的切削性能愈好，切削速度也選得愈高。主軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：n=1000Ve／πD。根據(jù)加工材料不同U廈所用月具直徑不同，現(xiàn)以高速鋼立銑刀為例將銑削的進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速總結(jié)如表1所示。

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概述

 

刀具管理軟件支持FTP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)文件的上傳和下載功能。另外，快速數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)和存取以及局域網(wǎng)服務(wù)的使用，能減少編輯程序與編輯工藝周期、改善技術(shù)人員之間的交流和減少各種人工的差錯(cuò)，從而提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)節(jié)省成本與占用資金。

 

一、研究背景及意義

 

目前部分企業(yè)由于數(shù)控設(shè)備與產(chǎn)品的多樣性，導(dǎo)致了數(shù)控刀具的多樣性，而在編輯數(shù)控程序或編輯工藝的過(guò)程中，經(jīng)常需要一些刀具的特征參數(shù)或庫(kù)存數(shù)量，比如刀具長(zhǎng)度，刀具直徑，使用壽命等。過(guò)去，這些數(shù)據(jù)的獲得通常是由人工查詢(xún)圖紙或相關(guān)資料，耗費(fèi)大量人力成本與時(shí)間，所記錄的數(shù)據(jù)分散且不容易查找，不利于刀具的特征參數(shù)與刀具庫(kù)存數(shù)量的快速查找，從而導(dǎo)致編輯程序與編輯工藝周期過(guò)長(zhǎng)，也可能導(dǎo)致重復(fù)購(gòu)買(mǎi)與刀具兼容性的忽視。

 

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的在工程領(lǐng)域中的發(fā)展應(yīng)用，為確保企業(yè)信息最大程度地實(shí)現(xiàn)共享，避免各種信息成為孤島，計(jì)算機(jī)刀具管理軟件已經(jīng)逐步代替了人工用Excel記錄刀具庫(kù)存和刀具參數(shù)。

 

二、研究軟件的功能及應(yīng)用

 

根據(jù)數(shù)控刀具管理系統(tǒng)的需求及特點(diǎn)，該軟件具體分為十大模塊，分別是：附件/零件模塊、單一組件模塊、刀具模塊、設(shè)置篇模塊、庫(kù)存模塊、重磨模塊、進(jìn)程模塊、進(jìn)程模塊、測(cè)量模塊、訂單計(jì)劃模塊。

 

(一)附件/零件模塊

 

手動(dòng)刀具，轉(zhuǎn)動(dòng)附件，機(jī)器備件等均稱(chēng)為附件/零件，該模塊主要功能是讓管理員清楚知道工具存放位置，工具的數(shù)量與種類(lèi)，更能清楚了解什么樣的刀具用什么樣的工具進(jìn)行安裝或拆卸，減少了準(zhǔn)備工作的浪費(fèi)，提高了生產(chǎn)的效率。

 

(二)單一組件模塊

 

刀片，刀柄 ，刀桿，拉丁等均稱(chēng)為單一組件。該模塊主要是讓管理員清楚知道刀片、刀柄等存放位置，以及數(shù)量與種類(lèi)，更可提供采購(gòu)部門(mén)需要的數(shù)據(jù)，在最快的時(shí)間反應(yīng)出，哪種刀片已經(jīng)快使用完，需要購(gòu)買(mǎi)，這樣不僅可以減少等待加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。更重要的是，通過(guò)合理的管理及計(jì)算，預(yù)測(cè)車(chē)間每個(gè)月可以節(jié)約相當(dāng)客觀的成本，隨著車(chē)間規(guī)模的逐漸壯大，節(jié)約的成本也會(huì)逐漸增加。

 

(三)刀具模塊

 

刀具是由許多單一組件組成的。該模塊主要功能是賦予這些刀具特有的ID編碼，技術(shù)人員在編輯刀具ID編碼時(shí)，需將刀具特征加入其中，如：TD-56-312-90-2-CTY，TD表示鏜刀，56表示直徑，312表示長(zhǎng)度，90表示度數(shù)，2表示2個(gè)刀刃，C表示可更換刀片，T表示涂過(guò)層，Y表示硬質(zhì)合金，這樣就把刀具的基本特征描繪出來(lái)了，它的作用是：第一，方便技術(shù)人員選擇與尋找刀具，也方便了管理人員管理刀具。第二，此模塊可以使技術(shù)員清楚地知道這些刀具是由哪些單一組件組成的，以及這些單一組件的型號(hào)，從而方便了再次購(gòu)買(mǎi)。第三，由于每把刀具都配上了身份證，現(xiàn)場(chǎng)的操作人員不容易搞混，大大提高了，生產(chǎn)節(jié)奏，也提高了生產(chǎn)效率。

 

(四)設(shè)置篇模塊

 

設(shè)置篇模塊含有：待加工零件圖號(hào)，加工此零件所需要用的所有刀具，加工此零件所用的機(jī)床，以及操作員。使管理人員與技術(shù)人員清楚地知道，每臺(tái)數(shù)控機(jī)床所需要加工哪幾種零件，以及用哪些刀具，如果出現(xiàn)問(wèn)題，方便了管理人員與技術(shù)人員進(jìn)行追溯，以便及時(shí)解決問(wèn)題。

 

(五)庫(kù)存模塊

 

所有的附件/零件，單一組件，刀具，都必須建立庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù)。該模塊主要功能是讓管理員清楚的知道，所有的附件/零件，單一組件，刀具庫(kù)存數(shù)量有多少 。 第一，可以避免重復(fù)購(gòu)買(mǎi)。第二，為銷(xiāo)售部及時(shí)提供了即將用完的單一組件信息。建立庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù)，有效的控制了成本，降低了不必要的浪費(fèi)(重復(fù)購(gòu)買(mǎi))，提供了技術(shù)人員與采購(gòu)人員所需要的信息。

 

(六)進(jìn)程模塊

 

該模塊能自動(dòng)記錄各種數(shù)據(jù)，例如：用戶(hù)登錄刀具管理軟件時(shí)，詳細(xì)的記錄了ID帳號(hào)與登陸時(shí)間，當(dāng)該用戶(hù)提取庫(kù)存時(shí)，有詳細(xì)的記錄時(shí)間與數(shù)量，重磨刀具時(shí)詳細(xì)的記錄時(shí)間與數(shù)量等等，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，管理人員能夠迅速的憑借進(jìn)程上記錄的時(shí)間，追根溯源。

 

(七)測(cè)量模塊

 

對(duì)刀儀通過(guò)此模塊，將測(cè)量數(shù)據(jù)直接傳送到電腦上。該模塊主要功能是能夠記錄刀具測(cè)量數(shù)據(jù)之后，生成刀補(bǔ)程序，接著通過(guò)DNC輸入到數(shù)控機(jī)床里。

 

(八)訂單計(jì)劃模塊

 

該模塊主要針對(duì)采購(gòu)部，當(dāng)某樣部件數(shù)量小于設(shè)定的最小庫(kù)存時(shí)，此部件將會(huì)出現(xiàn)在訂單計(jì)劃中，當(dāng)采購(gòu)員打開(kāi)刀具管理軟件使用訂單計(jì)劃模塊時(shí)，對(duì)話(huà)框?qū)?huì)跳出來(lái)，提醒采購(gòu)員對(duì)此部件進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)。使用該模塊可以有效節(jié)省企業(yè)的占用資金，配合黃金分割原理x=(-1+ 5^-2)/2，例如，使用同一種型號(hào)刀片，數(shù)量為100片時(shí)，庫(kù)存數(shù)量=100X0.382=38.2，也就是說(shuō)庫(kù)存數(shù)量為38片的時(shí)候占用資金最為節(jié)省，但考慮到，刀片一般以盒來(lái)計(jì)算，大多數(shù)一盒刀片里有10片刀片，那定義最少庫(kù)存為40片。當(dāng)庫(kù)存少于40片刀片時(shí)，此部件將會(huì)出現(xiàn)在訂單計(jì)劃中，提醒采購(gòu)員進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)。

 

三、建立數(shù)據(jù)庫(kù)

 

(一)刀具參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)

 

刀具管理軟件利用單一組件模塊和刀具模塊，第一，對(duì)該刀具在刀具管理軟件上進(jìn)行組裝，一把刀具是由多個(gè)單一組件組裝而成的。第二，組裝完畢時(shí)，必須給予刀具一個(gè)唯一的ID編碼，確保刀具的唯一性，這樣不僅有利于技術(shù)人員快速查找，也便于大家對(duì)相似刀具的區(qū)分。第三，有了ID編碼之后，對(duì)該刀具的各種參數(shù)進(jìn)行測(cè)量或分析，并填入相應(yīng)的位置。要注意，ID編碼是不能隨意更換的，改變ID編碼，原有的ID編碼不會(huì)消失，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)出錯(cuò)，因此在編輯ID編碼時(shí)需謹(jǐn)慎。建立刀具參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)之后，刀具管理人員可以很方便的使用各種模塊對(duì)刀具進(jìn)行管理，并可以快速的提供技術(shù)人員所需要的刀具信息。

 

(二)刀具與零配件庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù)

 

刀具管理軟件利用附件/零件模塊、單一組件模塊與刀具模塊，對(duì)各個(gè)零件與刀具的數(shù)量建立數(shù)據(jù)庫(kù)。要注意，為了能夠存儲(chǔ)每一條數(shù)據(jù)記錄每個(gè)庫(kù)存字段目都必須配置一個(gè)代碼，如果記錄的所有項(xiàng)均填寫(xiě)完畢，須保存當(dāng)前數(shù)據(jù)記錄。建立刀具與零配件庫(kù)存數(shù)據(jù)庫(kù)之后，刀具管理員可以清楚的知道刀具以及零配件的數(shù)量，防止了刀具或零配件因缺少而導(dǎo)致產(chǎn)品不能加工。

 

四、取得的效益

 

降低刀具使用和管理發(fā)生的間接費(fèi)用其中包括：1. 降低刀具的庫(kù)存，減少冗余的刀具，提高刀具的利用率;2. 在刀具供貨中引入市場(chǎng)機(jī)制;3. 減少對(duì)人員、資金、設(shè)備、廠(chǎng)房的占用;4. 減少備刀、調(diào)刀的差錯(cuò)。 提高加工效率及刀具應(yīng)用水平其中包括： 1. 服務(wù)工藝創(chuàng)新;2. 選擇更好的刀具，更佳的切削參數(shù)，減少隨意性;3. 提供應(yīng)用技術(shù);4. 提高加工效率，保證加工質(zhì)量;5. 提高數(shù)控機(jī)床的利用率5%～50%;6. 加強(qiáng)分析與監(jiān)督的作用。

 

五、研究結(jié)論

 

刀具管理軟件采用局域網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)方式，方便了各個(gè)部門(mén)對(duì)刀具庫(kù)存與刀具參數(shù)進(jìn)行查找，并通過(guò)DNC直接將刀補(bǔ)參數(shù)輸入至數(shù)控設(shè)備，從而有助于生產(chǎn)車(chē)間實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化管理。本軟件的投入使用，為生產(chǎn)車(chē)間提供有利條件，縮短編程與編輯工藝的時(shí)間、降低成本、縮減占用資金。既能滿(mǎn)足企業(yè)要求，又具有廣泛的應(yīng)用前景。

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【關(guān)鍵詞】刀具；編程；數(shù)控加工；合理選用

現(xiàn)如今，CAD/CAM軟件包幾乎都是可以提供自動(dòng)編程的服務(wù)，類(lèi)似的軟件的都會(huì)在編程的界面中提供工藝規(guī)劃的相關(guān)問(wèn)題，像切削用量設(shè)定、刀具選擇、加工路徑規(guī)劃等，因此現(xiàn)在的編程人員，只需將先關(guān)的數(shù)據(jù)和參數(shù)輸入后則可以自動(dòng)形成數(shù)控程序并且傳輸至數(shù)控機(jī)床加工完成。在實(shí)踐中，很顯然的是刀具選擇和切削用量確定是人機(jī)的有效配合而完成，這就是與普通的機(jī)場(chǎng)加工不同之處，也是優(yōu)勢(shì)所在。以此同時(shí)，掌握刀具選擇和切削用量確定是作為編程人員必須要掌握的基本原則。在編程時(shí)充分考慮數(shù)控技術(shù)加工的特點(diǎn)，正確選擇刀具及切削用量。

1 數(shù)控加工常用刀具的種類(lèi)及特點(diǎn)

數(shù)控加工的特點(diǎn)是高速、高效以及自動(dòng)化程度高，所以刀具的選擇要符合其特點(diǎn)。包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專(zhuān)用刀柄（刀柄要聯(lián)結(jié)刀具并安裝在機(jī)床動(dòng)刀頭上）。

1.1 數(shù)控刀具的分類(lèi)方法

根據(jù)刀具的結(jié)構(gòu)、材料以及切削工藝可分為諸多類(lèi)別，在結(jié)構(gòu)上分：整體式、鑲嵌式和特殊形式；如果選擇焊接或機(jī)夾式聯(lián)結(jié)的話(huà)，機(jī)夾式又分不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；在材料上的分為高速鋼、硬質(zhì)合金、金剛石和其他材料的刀具。切削工藝上分為車(chē)削刀具（分外圓、內(nèi)孔、螺紋、切割刀具等）、鉆削刀具（包括鉆頭、絞刀、絲錐等）、鏜削刀具、銑削刀具等。數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具有一系列的要求，耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等，為了符合這些要求，最近幾年夾式可轉(zhuǎn)位刀具被廣泛使用，占整個(gè)數(shù)控刀具的30%～40%，金屬切除量占總數(shù)的80%～90%。

1.2 數(shù)控刀具與普通機(jī)床上所用刀具相比，主要有以下特點(diǎn)

（1）剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小；（2）互換性好，便于快速換刀；（3）壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠；（4）刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時(shí)間；（5）刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇?，以利于切屑的排除；?）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。

1.3 數(shù)控加工刀具的選擇

在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行選擇刀具，選擇時(shí)應(yīng)注意機(jī)床的加工能力，工序，材料等有關(guān)的因素。不論怎么選擇都不可以脫離總原則，即安裝調(diào)整方便，耐用，精度高。選取時(shí)還要注意道具的尺寸要和工件的尺寸一致。在選擇刀柄時(shí)要在能夠滿(mǎn)足加工要求的條件下選擇短的刀柄，這樣可以提高刀具的剛性。砸死生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)選用立銑刀對(duì)平面零件的周邊輪廓進(jìn)行加工。銑削平面用硬質(zhì)合金銑刀，凸臺(tái)、凹槽則用高速鋼立銑刀，毛坯表面或粗加工孔選取的則是鑲硬質(zhì)合金的玉米銑刀。立體型面和變斜角輪廓外形加工時(shí)一般選用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤(pán)形銑刀。因?yàn)榍蝾^刀具端部的切削速度為零，所以，在加工自由曲面（模具）時(shí)，為了確保加工精度，切削行距基本上實(shí)用頂端密距，故球頭常用于曲面的精加工。平頭刀具不管是表面加工質(zhì)量還是切削效率都比球頭刀要優(yōu)越，所以曲面的粗加工也，精加工也好，只要保證不過(guò)切，平頭刀都是最好的選擇。刀具的刃磨、測(cè)量和更換基本上都是人為進(jìn)行，合理有效的安排刀具的排列順序可以減少輔助時(shí)間。應(yīng)遵循以下要求：（1）刀具數(shù)量盡量減少；（2）一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進(jìn)行的所有加工步驟；（3）粗精加工的刀具應(yīng)分開(kāi)使用（即使是相同尺寸規(guī)格的刀具）；（4）先銑后鉆；（5）先進(jìn)行曲面精加工，后進(jìn)行二維輪廓精加工；（6）應(yīng)盡可能利用數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。

2 加工過(guò)程中切削用量的確定

2.1 合理選擇切削用量的原則

粗加工時(shí)，一般以提高生產(chǎn)率為主，同時(shí)也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)、切削用量手冊(cè)，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)而定。

2.2 具體要考慮的因素

（1）切削深度t。在機(jī)床、工件和刀具剛度允許的情況下，t就等于加工余量，這是提高生產(chǎn)率的一個(gè)有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應(yīng)留一定的余量進(jìn)行精加工。數(shù)控機(jī)床的精加工余量可略小于普通機(jī)床。（2）切削寬度L。一般L與刀具直徑d成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中，一般L的取值范圍為：L=（0.6～0.9）d。（3）切削速度V。另外，切削速度與加工材料也有很大關(guān)系，如用立銑刀銑削合金鋼時(shí)，可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時(shí)，V可選用20m/min以上。（4）主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度V來(lái)選定。計(jì)算公式為：V=Πnd/1000。數(shù)控機(jī)床的控制面板上一般備有主軸轉(zhuǎn)速倍調(diào)（倍率）開(kāi)關(guān)，可在加工過(guò)程中對(duì)主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行整倍數(shù)調(diào)整。（5）進(jìn)給速度VF。VF應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來(lái)選擇。VF的增加也可以提高生產(chǎn)效率。加工表面粗糙度要求低時(shí)，VF可選擇得大些。在加工過(guò)程中，VF也可通過(guò)機(jī)床控制面板上的倍調(diào)開(kāi)關(guān)進(jìn)行人工調(diào)整，但是最大進(jìn)給速度要受到設(shè)備剛度和進(jìn)給系統(tǒng)性能的限制。

3 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際生產(chǎn)中數(shù)控機(jī)床被大范圍使用，量化生產(chǎn)線(xiàn)的形成，數(shù)控編程已經(jīng)成為數(shù)控加工中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在數(shù)控程序的編制過(guò)程中，刀具的選擇和切削用量的確定要在編程人員和機(jī)器的配合下完成。所以，編程人員必須熟練掌握基礎(chǔ)知識(shí)和理論，這樣才能確保零件在加工中的質(zhì)量和效率，數(shù)控機(jī)床的優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)，從而有效的提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)水平。

【參考文獻(xiàn)】